南海贯穿流百年减缓：基于珊瑚记录的物理机制与区域影响

《SCIENCE ADVANCES》：Century-long coral records of the South China Sea throughflow slowdown

在全球变暖背景下，南海贯穿流(SCSTF)作为关键的水体、热量与淡水流，其长期变化因缺乏连续观测而模糊。为解决此难题，研究者利用珊瑚氧同位素(δ18O)与卫星观测，重建了1894–2022年的SCSTF体积输送，揭示了其显著减缓趋势（-0.14?±?0.02?Sv/decade）及驱动机制（热带西太平洋信风增强），为理解区域物理生态变化提供了关键依据。

　　

南海，地球上最大的半封闭边缘海之一，不仅是繁忙的航运通道，更是全球气候系统中的一个关键调节器。一股被称为南海贯穿流(SCSTF)的巨大水体，犹如一条无形的河流，从太平洋穿过吕宋海峡涌入南海，又经台湾海峡、卡里马塔海峡等多个出口流出。它肩负着输送热量和淡水的重任，深刻影响着南海内部的海水交换、涡旋活动、环流变异乃至生物地球化学循环，并进一步调制着印尼贯穿流(ITF)以及整个印度洋-太平洋区域的气候变化。然而，这条“无形之河”的长期脉动，却一直是海洋科学家面临的巨大挑战。由于缺乏直接、连续的体积输送观测数据，在气候变暖的背景下，SCSTF究竟发生了怎样的长期变化？其背后又隐藏着何种动力学机制？这些问题长期悬而未决。传统的数值模型和再分析数据由于在关键海峡区域的模拟存在偏差，难以提供可靠答案。正是为了解决这一核心难题，本研究应运而生，旨在利用自然界保存的“历史档案”——珊瑚骨骼中的化学密码，揭开南海贯穿流跨越一个世纪的秘密。

为了回答上述问题，研究人员在《SCIENCE ADVANCES》上发表的研究，综合运用了多种关键技术与数据源。他们从菲律宾帕劳伊岛获取了长达3米的珊瑚(Porites lobata)岩芯样本，利用质谱技术分析获得了高分辨率的月尺度锶钙比(Sr/Ca)和氧同位素(δ¹⁸O)数据序列（δ¹⁸O数据始于1894年）。同时，研究整合了1993年至2022年的卫星高度计数据（用于计算海面高度异常SLA和地转流）、20CR2与ERA5全球风场再分析资料、以及SODA(Simple Ocean Data Assimilation)海洋再分析数据。核心方法是建立珊瑚δ¹⁸O与基于卫星观测计算得到的吕宋海峡传输(LST)之间的统计关系，并利用时变岛规则(Time-dependent Island Rule, TDIR)理论从风场角度量化LST变化的动力学贡献。

研究结果

1. 氧同位素作为SCSTF体积输送的替代指标

研究发现，位于黑潮主轴线附近C1站点的珊瑚月尺度δ¹⁸O变化，与当地海面高度负异常以及吕宋海峡传输(LST，作为SCSTF总输送量的指标)呈现高度负相关（相关系数可达0.75–0.96）。18O、C1站点的负SLA以及吕宋海峡传输(LST)时间序列之间的密切关系。">这一强相关性证实了珊瑚δ¹⁸O可作为重建历史LST的可靠替代指标。据此，研究团队利用该关系式重建了自1894年以来的月尺度LST序列，并结合1993年后的卫星观测数据，构建了长达129年（1894–2022年）的连续LST记录。

2. SCSTF体积输送的变化及长期趋势

重建结果显示，SCSTF的流入部分（以LST为代表）在过去129年间存在显著的年际和年代际振荡，并与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和太平洋年代际振荡(PDO)密切相关。更重要的是，研究揭示了一个明确的长期减弱趋势：LST以每十年-0.14?±?0.02?斯维尔德鲁普(Sv，1 Sv = 10⁶m³s^-1)的速度下降。与5.15 Sv的129年平均输送量相比，LST累计下降了35?±?5%。基于SODA再分析数据的补充分析表明，虽然各海峡的输送量趋势大小不一，但总体上SCSTF呈现出减弱趋势，其中民都洛-巴拉巴克海峡的流出减弱贡献了约70%的LST下降。

3. SCSTF减缓的机制

研究进一步探讨了驱动这一长期变化的机制。分析发现，LST的变化与热带西太平洋的风场变化紧密相连，特别是该区域信风强度的变化以及由此产生的风应力旋度(WSC)变化。B和WSC_B。">利用时变岛规则(TDIR)理论进行量化归因分析，结果显示由风场变化计算得到的LST趋势（-0.15?±?0.02 Sv/decade）与重建趋势高度一致。当剔除关键区域(WSC_B)风应力旋度的年际变化和趋势后，计算出的LST趋势显著减弱。这证明热带西太平洋信风的增强是全球变暖背景下驱动SCSTF减缓的主要机制。其动力学过程是：增强的信风在东菲律宾外海产生负的风应力旋度异常，激发下沉的罗斯贝波，导致海平面正异常，并通过沿海开尔文波在菲律宾周围形成反气旋式环流异常，最终削弱了吕宋海峡的流入。

结论与重要意义

本研究的核心结论是：基于珊瑚δ¹⁸O重建的129年记录揭示，南海贯穿流(SCSTF)的流入输送量(LST)存在显著的长期减弱趋势，在过去一个多世纪里减少了约35%。这一减缓主要归因于全球变暖背景下热带西太平洋信风的持续增强。该研究首次利用高分辨率地质记录提供了SCSTF世纪尺度变化的直接证据，填补了长期观测数据的空白。

其科学意义深远而广泛：

第一，对南海本地系统的影响。 SCSTF减缓意味着南海与开阔大洋的水体交换速率下降。以平均输送量5.15 Sv计算，南海水体（体积约4.24 × 10¹⁵m³）的平均更新时间从约26年延长至35年。这将深刻改变南海的热量、淡水收支，进而影响其温跃层、盐跃层结构、层化环流、涡动活动以及区域海气相互作用（如东亚季风），并可能解释近年来南海北部上层水体变淡等现象。

第二，对区域生物地球化学循环的影响。 SCSTF是影响南海营养盐输送和初级生产力的关键因子。已有研究表明，近几十年来LST减弱与南海叶绿素a浓度下降及浮游植物生长减缓的趋势相关。因此，SCSTF的长期减缓可能对南海的生态系统和渔业资源产生持续性影响。

第三，对更大尺度环流与气候的调制作用。 SCSTF与印尼贯穿流(ITF)存在反相位变化关系，并对ITF的输送起到补偿作用。本研究发现SCSTF在减弱，而此前有研究指出ITF可能在增强，这种此消彼长的关系将调整印度洋-太平洋之间的质量与热量输送，对区域乃至全球气候产生连锁反应。

综上所述，这项研究不仅将我们对南海贯穿流自然变率的认知扩展至百年尺度，更重要的是，它明确了人类活动引起的全球变暖如何通过改变风场而驱动关键区域海洋环流的长期变化。这项成果为更准确地评估和预测南海及邻近大洋未来的物理、生态和气候演变提供了至关重要的科学基础。